0.5mmCd-2镉板脉冲TIG点焊及重熔补焊工艺研究

论文摘要

核电站已使用过的核燃料称之为乏燃料（废燃料）,将乏燃料堆放在一起,其相互间释放中子会引起连锁核裂变反应,产生很强的辐射。镉作为一种良好的中子吸收材料而被应用于处理乏燃料的主要设备—贮存格架的制造中。乏燃料格架套筒是一种三层结构的设备,由壁厚2mm的内圆管、壁厚0.8mm的外圆管、中间夹着用于吸收中子的0.5mm金属镉板（Cd-2）通过焊接形成的镉套筒。镉作为一种熔点低、易氧化的难焊金属,使其焊接问题成为乏燃料格架套筒制造中的一大难点。本文通过焊接试验、力学试验、显微组织分析和中子通量试验等方法,对不同焊接工艺参数（点焊时间、脉冲电流、弧长、保护气体流量等）条件下的脉冲TIG点焊和重熔补焊的焊缝质量进行了研究。研究结果表明,当脉冲电流Ip较大时应适当降低焊接时间t;当脉冲电流Ip较小时应适当增大脉冲焊接时间t。钨极内缩量应选择在5mm～6mm,氩气流量选择范围在3～4L/min。随着脉冲电流和焊接时间的增加,焊接接头处的抗剪切力随之增大,焊接处点核直径D2也随之增大。并且通过拉伸试件的扭曲形式,分析得出在单点搭接焊时,实际上试件所受的是拉-剪复合力。通过断口分析,发现断口成韧窝+准解理的混合断口形貌,断裂位置在热影响区处。镉（Cd-2）薄板母材的晶粒组织呈六边形形状,这与镉为密排六方的晶格结构相符。镉（Cd-2）薄板脉冲TIG点焊焊接接头组织为粗大的近似柱状晶的晶粒组织。脉冲电流增大和点焊时间的延长都会使晶粒度增大,而中子通量检测镉比值Red随晶粒度的增大而减小,故应选取小电流,短焊接时间。推荐选用的脉冲TIG点焊的工艺参数为:脉冲电流Ip=8A,焊接时间t=3s,钨极内缩5mm,氩气流量3.5L/min。重熔补焊件的试验结果证明正常点焊所选取的工艺参数同样适用于重熔补焊,金相组织分析显示,补焊处焊缝组织虽粗大,但比正常点焊时细小。分析认为,造成这一现象的主要原因是重熔补焊中的形核率增大和晶粒长大速度变缓。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 1 本课题研究的目的及意义
• 2 各国在放射性废物管理方面所取得的进展
• 3 乏燃料贮存格架设备的发展
• 4 镉及其合金
• 5 镉（Cd-2）薄板的焊接
• 6 本课题研究的背景、来源和主要内容
• 第一章 镉板焊接的试验条件和研究思路
• 1.1 脉冲TIG点焊原理及特点
• 1.2 镉板脉冲TIG点焊基本条件
• 1.2.1 试验用材料
• 1.2.2 焊接设备及特点
• 1.3 镉板焊接试验研究思路和总体方案
• 1.4 试验方法
• 1.4.1 工艺试验
• 1.4.2 光学显微镜组织观察
• 1.4.3 拉伸试验
• 1.4.4 断口的微观形貌观测
• 1.4.5 中子吸收检验
• 本章小结
• 第二章 镉板单脉冲TIG点焊焊接工艺试验研究与分析
• 2.1 焊接工艺设计
• 2.1.1 接头形式
• 2.1.2 焊接工艺规范
• 2.2 焊接技术措施与要求
• 2.2.1 技术措施
• 2.2.2 技术质量要求
• 2.3 焊接工艺试验及试验结果
• 2.3.1 焊件外观
• 2.3.2 点焊工艺试验
• 本章小结
• 第三章 镉板脉冲TIG点焊焊接接头组织与性能研究
• 3.1 镉板脉冲TIG点焊焊接接头组织特征
• 3.1.1 试验材料的组织特征
• 3.1.2 镉板脉冲TIG点焊焊接接头组织特征
• 3.2 镉板脉冲TIG点焊焊接接头的力学性能
• 3.2.1 拉伸试验结果及分析
• 3.2.2 拉伸变形分析
• 3.2.3 拉伸断口形貌
• 3.3 晶粒度对中子衰减率的影响料
• 本章小结
• 第四章 0.5mm镉板脉冲TIG点焊重熔补焊工艺
• 4.1 0.5mm镉板脉冲TIG点焊重熔补焊工艺
• 4.2 点焊重熔补焊工艺设计思路
• 4.2.1 搭接接头形式
• 4.2.2 重熔补焊焊接工艺规范
• 4.3 重熔补焊工艺试验
• 4.4 重熔补焊试件的金相组织观察
• 4.5 重熔补焊试样的力学性能
• 4.5.1 拉伸试验结果
• 4.5.2 拉伸试验结果分析
• 4.6 中子通量试验与晶粒度的测量
• 4.6.1 中子通量试验
• 4.6.2 晶粒度的测量
• 本章小结
• 第五章 镉板脉冲TIG点焊与焊缝组织形貌的初步探究
• 5.1 脉冲TIG点焊的选用
• 5.2 镉板脉冲TIG点焊金相组织分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢